水素燃料電池ロードマップにおける CO2 フリー水素の位置づけ水素燃料電池戦略ロードマップ (2016 年 3 月改訂 ) においてはより CO2 の排出が少ない水素供給構造を実現していくため将来的には再生可能エネルギーの活用等を進めていくことが必要とされている 2040 年頃をターゲット

(1)

第１回CO2フリー水素WG

事務局提出資料

平成28年５月13日

資源エネルギー庁

省エネルギー・新エネルギー部

燃料電池推進室

資料２

(2)

1 2020年 2030年 2040年 フェーズ１ 水素利用の飛躍的拡大 （燃料電池の社会への本格的実装） 09年家庭用燃料電池／14年 FCV市場投入 2017年業務・産業用燃料電池：市場投入 2020年頃 ・ｴﾈﾌｧｰﾑ自立化（PEFC80万円／SOFC100万円）・ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ車の燃料代と同等以下の水素価格の実現・FCV4万台程度：水素ｽﾃｰｼｮﾝ160箇所程度 2025年頃 ・ﾎﾞﾘｭｰﾑｿﾞｰﾝ向けのFCVの投入、及び同車格のハイブリッド車同等の価格競争力を有する車両価格の実現・FCV20万台程度：水素ｽﾃｰｼｮﾝ320箇所程度 → 2020年代後半に水素ｽﾃｰｼｮﾝ自立化 2030年頃 ・FCV80万台程度 2020年代後半・海外からの水素価格（プラント引渡価格）30円/Nm3 2030年頃・海外での未利用エネ由来水素の製造、輸送・貯蔵の本格化・発電事業用水素発電：本格導入 2040年頃 CCSや国内外の再エネの活用との組み合わせによる CO2フリー水素の製造、輸送・貯蔵の本格化 フェーズ２ 水素発電の本格導入／ 大規模な水素供給システムの確立 フェーズ３ トータルでのＣＯ２フリー 水素供給システムの確立 水素供給体制の構築見通しを踏まえた計画的な開発・実証開発・実証の加速化水素供給国との戦略的協力関係の構築需要拡大を見据えた安価な水素価格の実現東京ｵﾘﾝﾋﾟｯｸで水素の可能性を世界に発信

水素・燃料電池ロードマップにおけるCO2フリー水素の位置づけ

 水素・燃料電池戦略ロードマップ（2016年3月改訂）においては、よりCO2の排出が少ない水素供給構造を実現していくため、将来的には再生可能エネルギーの活用等を進めていくことが必要とされている。  2040年頃をターゲットとして、トータルでのCO2フリー水素供給システムの確立を目指すこととされているが、Power to Gas技術を目下の社会課題への対処に応用しつつ、将来のCO2フリー水素の利活用に向けた足がかりとしていくことが必要。  本WGでは、こうした将来の目指すべき姿に向けた技術的、制度的課題について時間軸とともに整理し、対応の方向性を定めることとしたい。

(3)

化石燃料（石油、天然ガス等）  化石燃料を高温で水蒸気と反応させることで水素を製造副生水素（製鉄・化学等）  苛性ソーダ等の製造時に、副生物として水素が発生  鉄鋼製造プロセスのコークス精製時に水素リッチな副生ガスが発生 現在：工業プロセスで既に実用化 未利用エネルギー  褐炭などの低品位炭、原油・ガス田随伴ガスなどの未利用エネルギーから水素を製造（将来的にはＣＣＳ等のＣＯ２排出を低減する技術を活用）  未利用の副生水素を活用 中期:未利用エネの活用 再生可能エネルギー（風力、太陽光等） 水に再生可能エネルギー等による電気を流すことによって水素を製造（水の電気分解） 長期：再エネの活用 2

水素の製造方法

CO2フリー水素

(4)

（総発電電力量） （総発電電力量） 原子力１８～１７％程度原子力２２～２０％程度ＬＮＧ２２％程度ＬＮＧ２７％程度石炭２２％程度石炭２６％程度石油２％程度石油３％程度２０１３年度２０３０年度（実績） １２，７８０億 ｋＷｈ程度 １０，６５０億 ｋＷｈ程度 ２０３０年度再エネ２２～２４％程度再エネ１９～２０％程度省エネ１７％程度電力９８０８億ｋＷｈ程度電力９６６６億ｋＷｈ地熱１．０～１．１％程度バイオマス３．７～４．６％程度風力１．７％程度太陽光７．０％程度水力８．８％～９．２％程度経済成長１．７％程度／年省エネ+再エネで約４割 徹底した省エネ １，９６１億ｋＷｈ程度 （対策前比▲１７％） 電力需要 電源構成 3

再生可能エネルギーを取り巻く状況

 「長期エネルギー需給見通し」（2015年7月）では、2030年度における再生可能エネルギー比率を22～24％と見込んでいる。発電電力量（億ｋWｈ）導入量（万ｋW) 水力 939~981 4,847~4,931 太陽光 749 6,400 風力 182 1,000 バイオマス 394~490 602~728 地熱 102~113 140~155 ［出典］長期エネルギー需給見通し小委総発電電力量（億ｋWｈ）再エネ 2,366~2,515 2030年における導入見込量

(5)

余剰再エネ問題とPower to Gas技術の活用可能性

 一方で、出力変動の大きい再生可能エネルギーの導入拡大による既存系統網への負担増により、出力制御（マクロの需給バランスの問題）や送配電網への接続保留（局所的問題）などの課題が生じている。  エネルギーミックスに基づき今後も再エネの導入を拡大していく中、これらの課題の解決策として、中長期的には再エネを水素に転換するPower to Gas技術の活用可能性を探るべきではないか。 平成2８年３月時点系統連系制約マップ 連系制約の状況（九州電力管内の例） ［出典］九州電力 4 出力抑制指令を実際に行った事例（種子島） ［出典］電力広域的運営推進機関

(6)

ドイツにおけるP2G取組

 ドイツにおいては既に余剰再エネに起因する電力系統問題が顕在化しており、積極的に実証プロジェクトが進められている。  ドイツがP2Gの取組を進める背景には、再エネ供給地と需要地間を結ぶ電力グリッドが脆弱である一方で、国内のガスグリッドが発達していることに加え、電力取引市場において安価な電力を調達可能である等、水素エネルギーを安価に製造、輸送、貯蔵しやすい環境があると考えられる。 プロジェクト名 実施者 電解方式 入力電力 _（kW） _{（m3/h-H2）}水素発生量 水素の製造、利用方法

Audi e-gas projekt （事例①） Etogas,EWE, Energie 他アルカリ 6,000 1,300 風力を用いて製造した水素と、バイオガスプラントから排出さ れるCO2を活用してメタン化、CNG車へ供給 Hybridkraftwerk Prenzlau Enertrag他アルカリ 600 120 風力を用いて水素を製造し、風力発電の出力低下時に水素混焼コジェネを稼働

Windpark RH2-WKA _HasseEng.他NOW, アルカリ 1,000 210 風力を用いて水素を製造し、コジェネで地域へ熱電を供給 Pilotanlage

Falkenhangen E.ON アルカリ 2,000 360 風力を用いて水素を製造し、天然ガス網へ2%以内で注入 Energie Park Mainz

（事例②）

Linde,

Siemens他ＰＥＭ 6,000 1,000

風力を用いて水素を製造し、天然ガス網、水素ステーション 等へ供給

Wind Gas Hamburg （事例③） E.ON, Hydrogenics 他ＰＥＭ 1,000 265 風力を用いて水素を製造し、天然ガス網へ供給 ドイツでの主なP2G実証事例 ［出典］各種資料を基に資源エネルギー庁作成 5

(7)

P2G技術の特徴

［出典］” Energieträger der Zukunft – Potenziale der Wasserstofftechnologie in Baden-Württemberg (ZSW,2012)”を基に資源エネルギー庁作成 各種電力貯蔵技術の位置づけ 水素（P2G）によるエネルギー貯蔵の特徴 ・大規模かつ長期のエネルギー貯蔵で有利・地形や地質など、環境条件による影響小 CAES・・・圧縮空気エネルギー貯蔵 貯蔵期間 貯蔵規模 6  水電解＋水素タンクの複合システムは、競合する蓄電池技術との比較優位の観点では、時間経過によるロスが少なく、水素タンクなどの拡張性が高いなどの理由から、現在、大規模かつ長期間の蓄エネ領域における適用可能性が高いと見られている。  今後我が国において再生可能エネルギーの導入が拡大していく中で、系統連系等の問題への対応策の有望なアイテムの一つになりうると期待される。

(8)

P2Gの効率

 P2Gは電気を異なる二次エネルギー形態である水素に変換し、利用時に電気等に再変換するため、基本的なエネルギーロスが大きく単純なエネルギー効率は低いものの、利用が難しい再エネ余剰電力の活用につなげることが可能。  P2Gの実施に当たっては、水素によるエネルギー貯蔵・輸送の特性を踏まえ、経済性も含めて効率的なエネルギーシステムとなるよう検討が必要。 P2Gの効率

［出典］”Technology Roadmap Hydrogen and Fuel Cells” (IEA, 2015) T&D・・・Transmission and Distribution

(9)

再エネ由来水素（P2G技術）の活用

 我が国においても再エネの系統接続問題が顕在化しており、P2G技術を活用することで無駄なく再エネ導入量の拡大を図ることを検討。また、これによってCO2フリー水素チェーンの実現に向けた足掛かりとすることが可能。  特定のケースにおいて経済性、効率性を確保できる場合がないか、既存インフラの活用を含めた P2G技術の利活用の方策について検討すべきではないか。 P2G活用方策（例） ① 水素製造による需要創出（ディマンドリスポンス） → 再エネによる系統の調整電源への負担の軽減 ② 水素製造・貯蔵による自然変動電源の変動出力の吸収（短期） → 余剰再エネの最大利用、エネルギーの地産地消 ③ 水素製造・貯蔵による自然変動電源の変動出力の吸収（中長期） → 余剰再エネの季節を超えた利用 ④ 経済価値の低い不安定電力を活用した水素製造 → 変動出力を水素製造で吸収し、安定部分は電気として利用 8

(10)

9

P2G活用シーン①：系統負荷軽減（ディマンドリスポンス）

 米カリフォルニア州における”Duck Curve”に代表されるように、再生可能エネルギーの拡大に伴い、火力発電等調整電源への負荷が増大。  ディマンドリスポンスの一種として水素製造・利用を調整力として活用することで、調整電源への負荷を軽減することが可能。さらに、例えば製造した水素を混焼発電等に利用することで、系統電源の燃料節減につなげることが可能と考えられる。 Duck Curve（カリフォルニア） 水素による負荷変動吸収（イメージ） 実質負荷 （総負荷－再エネ） 総負荷

［出典］”DEMAND RESPONSE AND ENERGY EFFICIENCY ROADMAP” (CAISO, 2013)

再エネに対応する 負荷を創出 水素活用による 燃料節約 再エネ エネルギー変換 （水素→電力） 水素混焼発電等 エネルギー変換 （電力→水素） 水電解

(11)

10

P2G活用シーン②：自然変動電源の変動吸収（短期）

 電力の生産と消費の同時性制約から、（系統側調整電源による吸収が無ければ）時間的・空間的に多寡の異なる再生可能エネルギー源を有効に消費することはしばしば困難を伴う。  蓄電池だけでは吸収し切れない自然変動電源からの再生可能エネルギーを水素として貯蔵すれば、エネルギー利用の時間的シフトにより再エネを余すこと無く消費することが可能。  エネルギーの地産地消の観点から意義があると考えられ、まずは、離島等のエネルギーセキュリティに係る制約がより厳しい環境等において活用可能性が見込まれる。 蓄電池と水素を組み合わせたエネルギー貯蔵・利用（ゆめソーラー館やまなし） 水素貯蔵・利用 [出典] 山梨県企業局・神鋼環境ソリューション・パナソニック実証試験提供データから資源エネルギー庁作成 [出典] 神鋼ソリューションズ出入力 [kW]

(12)

11

P2G活用シーン③：自然変動電源の変動吸収（中長期）

 更に、太陽光や風力等は季節によってもその賦存量が異なることから、年間を通じて一定割合の再生可能エネルギーを安定して利用することは困難が伴う場合がある。  この問題に対し、水素の貯蔵特性（長期間・大容量の貯蔵が可能）に着目し、例えば、水素吸蔵合金を用いて自然変動電源出力の季節変動を吸収する取組が進められている。 水素による太陽光出力の季節変動の吸収 （ハウステンボス「変なホテル」） [出典] 東芝 [出典] 「風力発電の連係可能量の算定プロセス」（東北電力, 2011） 再エネ水素により年間を通じてホテルの電力を供給

(13)

12

P2G活用シーン④：経済価値の低い電力の活用

 太陽光や風力等、天候条件により変動する自然変動電源については、現在はFIT制度の下、その変動を系統側で吸収。  例えば、水素の変動吸収性に着目し、パワエレ・EMS技術等により出力を経済価値の高い安定部分と低い変動部分とに分離し、安定部分は系統で電力として、不安定部分は水素製造に活用することが考えられる。 6 12 18 [時] 水素製造入力 [ kW] 快晴時の出力 6 12 18 [時] 太陽光発電出力 [k W] 晴れ時々曇りの出力 6 12 18 [時] 系統売電出力 [ kW] 不足分は蓄電池等で補償 自然変動電源出力の分離（イメージ） [出典] 資源エネルギー庁作成

(14)

 従来、そのままの形で我が国に輸送することは困難であった海外の未利用エネルギーを、水素の形に変換することで、輸送性や貯蔵性を高めようとする取組が進展。  将来的には、CCS等のCO2排出を低減する技術と組み合わせることで、トータルでのCO2フリーの水素供給システムを確立することを目指す。ガス化水蒸気改質等 水素の製造 水素の精製 褐炭副生水素随伴ガス 海外の水素源 水素キャリアへの変換 MCH 液化水素水素液化トルエンと化合技術確立済み・常温・常圧での輸送 →ケミカルタンカー利用 水素の製造 水素キャリアへの変換 CH３ 水素キャリアの輸送 水素キャリアの貯蔵 水素の取出し 水素利用 水素発電 燃料電池 工業ガス 等有機ﾊｲﾄﾞﾗｲﾄﾞ液化水素液化水素船の開発が必要技術確立済み・常温・常圧での貯蔵 →石油タンク等利用技術確立済み液化水素タンクの大規模化、ボイルオフ低減が必要脱水素設備の大規模化、脱水素高効率化が必要水素をトルエンと化合させ、メチルシクロヘキサンに ⇒ 常圧水素の１／５００に圧縮可水素を－２５３℃まで冷却することで液化 ⇒ 常圧水素の１／８００に圧縮可 13

トータルでのCO2フリー水素供給システムの確立

(15)

14

CO2フリー水素WG 検討スケジュール（案）

時期議題内容 プレゼン候補者 _{（敬称略）} 第1回 5/13 ①WG趣旨説明、検討の目的・射程 _{②P2Gを巡る現状} • WG開催趣旨、目的、アウトプット、スケジュール • 海外動向、NEDOプロ概要説明 ① METI ② NEDO 第2回 6/22 ①再生可能エネルギーを巡る現状と将来見通し、余剰の考え方 ②P2Gの適地や環境／P2Gの系統負荷軽減効果 • 地域毎の再エネの導入見通し、P2G技術の活用ポテンシャルの評価 • 将来発生しうる余剰電力の系統への影響や対策について ① 日本エネルギー経済研究所、エネルギー総合工学研究所 ② 東北電力、九州電力 第3回 8月 _上旬 ①自然変動電源から水素を製造する際の課題、発電予測 ②再エネ短周期成分の活用 • 発電予測技術について • 再エネの短周期成分の分離、活用方策について ①②NTTﾌｧｼﾘﾃｨｰｽﾞ、ﾕｰﾗｽｴﾅｼﾞｰﾎｰﾙﾃﾞｨﾝｸﾞｽ、富士電機 第4回 ９月_中旬 ①P2G技術の現状と見通し _{②他の競合技術との比較分析} • 水電解技術、水素貯蔵技術、純水素燃料電池について • 蓄電池等の蓄エネルギー技術との比較 ① JSW・旭化成、東レ、東芝 ② JSW・旭化成、東芝 第5回 10月 _中旬 ①CO2フリー水素の定義について ②CO2フリー水素のアプリケーション（地産地消・都市における利用について） • 工場のCO2フリー化等CO2フリー水素の利活用方策について • 再エネ由来水素、副生水素等のLCA • 既存のエネルギーインフラを踏まえたCO2フリー水素の地方における地産地消、都市への輸送の考え方等を整理 ① トヨタ自動車 ② ＪＸエネルギー、岩谷産業、東芝 第6回 11月 _中旬 ①海外のCO2フリー水素について • EOR技術、海外からの水素輸送について ① 川崎重工業、千代田_化工建設 第7回 12月_中旬 ①海外のP2G事例（出張報告） _{②取組方針の整理、報告書骨子案} • 秋の出張報告 • 骨子案の審議 ① METI、NEDO ② METI 第8回 1月 _下旬 ①報告書案の審議 • 報告書案の審議 ① METI ※今後の議論の状況に応じて適宜変更があり得る。

(16)

第２回・第３回【６月22日・８月上旬開催予定】

15  再生可能エネルギーを巡る現状と将来見通し、余剰の考え方  P2Gの適地や環境／P2Gの系統負荷軽減効果  自然変動電源から水素を製造する際の課題、発電予測  再エネ短周期成分の活用議題 Question 現状・背景  平成27年７月に決定された「長期エネルギー需給見通し」では、2030年度における再生可能エネルギー比率を22～24％と見込んでいる。  一方で、再生可能エネルギーの導入拡大に伴う接続保留などの問題が顕在化している。  平成26年10月末時点での太陽光発電の認定量は全国で約7,077万ｋＷ  また、太陽光・風力などの再生可能エネルギーは自然条件によって出力が大きく変動する特徴があり、今後の導入量の拡大による系統への影響が懸念される。  再生可能エネルギーの現在までの導入状況、今後の導入見通し、課題と対応方針について。  再生可能エネルギーの「余剰電力」は、現在及び将来において、どのようなケースにおいて生じることが想定されるか。また、系統連携問題の現状及びCO2フリー水素への期待について。  P2G技術の電力安定化のための活用可能性について。  風力、太陽光発電にかかる予測技術とP2G技術の活用可能性について。  自然変動電源の短周期成分の分離とP2G利用の可能性について。

(17)

第４回【９月中旬開催予定】

16  P2G技術の現状と見通し  他の競合技術との比較分析議題 Question 現状・背景  水素によるエネルギー貯蔵については、大規模かつ長期のエネルギー貯蔵で有利とされ、また地形や地質など、環境条件による影響を受けにくいという特徴がある。  電力貯蔵時間が１時間～四季  エネルギー貯蔵容量が５ＧＷｈ～５ＴＷｈ  一方、水電解装置の大型化については低コスト化といった課題がある。  また、すでに技術が確立されているアルカリ型に対して、研究開発段階のPEM型やSOEC型の水電解の大型化については、今後技術開発や実証が必要とされる。  アルカリ、PEM、SOECのそれぞれの特徴、ポテンシャル、棲み分け等についての整理。  蓄電池とのコスト比較、棲み分けについての整理。  水電解装置の詳細なコスト分析、構成要素ごとの価格低減見込み、将来ターゲットについて。  水電解装置のスペック（効率、入力電力に対する応答性）、将来ターゲットについて。  ディマンドリスポンスとしてのP2Gシステムの応用範囲について（応答性、追従性等）。  海外プレーヤーの技術水準と競争力比較。

(18)

第５回【10月中旬開催予定】

17 議題 Question 現状・背景  CO2フリー水素とされるものには、水素製造に必要な電力を再生可能エネルギーから調達するものや、CCS等の技術と組み合わせることで水素の製造過程で発生するCO2を分離回収し、トータルでCO2フリーとするものなどがある。  副生水素については追加的にCO2を発生しない点でCO2フリーであると考えられるが、主産物の製造過程で発生したCO2をどのように帰属させるかが課題となる。  平成27年６月に閣議決定された日本再興戦略改訂2015において、地方に豊富に存在する再生可能エネルギーを活用してCO2フリーの水素を製造し、これを都市部などへ輸送・利用することでCO2フリーの水素社会モデルの構築を図ることとされている。  副生水素の取り扱いも含め、どこまでの範囲を CO2フリー水素と定義すべきか。  CO2フリー水素の活用が期待されるのはどのような領域か。  CO2フリーの地産地消モデル、都市への輸送・利用モデルとしての展望について。  CO2フリー水素の定義  CO2フリー水素のアプリケーション（地産地消・都市における利用について）

(19)

第６回・第７回【11月中旬・12月中旬開催予定】

18  海外のCO2フリー水素について  海外のP2G事例議題 Question 現状・背景  平成28年３月に改訂されたロードマップにおいては、海外の未利用エネルギーから製造された水素とCCS等の技術を組み合わせることで、トータルでCO2フリーである水素供給システムの確立を目指すとしている。  海外からのCO2フリー水素について、どのような調達モデルがあり得るか。（経済性評価等）  海外からのCO2フリー水素の将来展望。（場所・エネルギー源・輸送方法等）  CO2フリー水素を巡る欧米等諸外国の状況。